通信協(xié)議精選(九篇)

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第1篇：通信協(xié)議范文

通信協(xié)議是指雙方實(shí)體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。通過通信信道和設(shè)備互連起來的多個(gè)不同地理位置的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，要使其能協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享，它們之間必須具有共同的語言。

在計(jì)算機(jī)通信中，通信協(xié)議用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)連接之間的標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)如果沒有統(tǒng)一的通信協(xié)議，電腦之間的信息傳遞就通信協(xié)議是指通信各方事前約定的通信規(guī)則，可以簡單地理解為各計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行相互會(huì)話所使用的共同語言。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)在進(jìn)行通信時(shí)，必須使用的通信協(xié)議。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

第2篇：通信協(xié)議范文

【關(guān)鍵詞】CBTC系統(tǒng) 通信協(xié)議 設(shè)計(jì) 分析

前言：所謂CBTC系統(tǒng)，是指基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（Communications Train Control），此項(xiàng)技術(shù)最早發(fā)源于歐洲，經(jīng)過多年的發(fā)展，CBTC系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展的比較完善。當(dāng)前，我國在應(yīng)用CBTC系統(tǒng)對(duì)列車進(jìn)行控制時(shí)，應(yīng)該在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出適合我國實(shí)際情況的CBTC系統(tǒng)，同時(shí)，此種新型CBTC系統(tǒng)要以移動(dòng)通信為基礎(chǔ)。

一、CBTC系統(tǒng)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)

1、需求分析和設(shè)計(jì)思想。CBTC系統(tǒng)對(duì)安全性的要求非常高，因此，在進(jìn)行通信協(xié)議設(shè)計(jì)之前，首先需要進(jìn)行需求分析，主要從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及安全防護(hù)措施兩個(gè)方面來進(jìn)行分析，之后，再在需求分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合安全傳輸規(guī)范中的方法，提出具體的設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需求：在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇罱üぷ鲿r(shí)，以標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP四層協(xié)議為基礎(chǔ)，具體使用的為應(yīng)用層定義的傳輸協(xié)議，鑒于此點(diǎn)要求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需求有三種，分別為對(duì)上層應(yīng)用透明、具備安全相關(guān)的傳輸功能及訪問保護(hù)功能、通信協(xié)議的統(tǒng)一性。防護(hù)措施要求：在確定防護(hù)措施的要求時(shí)，要以影響系統(tǒng)安全的危險(xiǎn)因素為基礎(chǔ)，進(jìn)而根據(jù)EN50159-2標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

2、通信協(xié)議架構(gòu)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行CBTC系統(tǒng)的通信協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)，需要具備三大功能，一是具有獨(dú)立性，二是對(duì)上層應(yīng)用透明，三是保證雙冗余總線發(fā)送?；谕ㄐ艆f(xié)議功能上的要求，架構(gòu)設(shè)計(jì)也應(yīng)該包含三個(gè)層次：第一層次，安全時(shí)間層，主要的功能是在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，加蓋時(shí)間戳，同時(shí)，在完成數(shù)據(jù)接收之后，將數(shù)據(jù)所帶有的時(shí)間戳解析出來，通過對(duì)比分析，將信息的正確性與實(shí)效性予以確定；第二層次，安全鏈接層，主要功能就是對(duì)鏈接進(jìn)行管理，從而使鏈接處于良好的狀態(tài)當(dāng)中；第三層次，冗余管理層，安全數(shù)據(jù)處理完成之后，安全鏈接層會(huì)對(duì)其進(jìn)行打包，而冗余管理層就是對(duì)打包之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，并在兩條總線上發(fā)送，同時(shí)接受發(fā)來的報(bào)文，進(jìn)行解密之后傳送給上層。

二、CBTC系統(tǒng)通信協(xié)議的形式化分析

1、系統(tǒng)模型的分解和驗(yàn)證。對(duì)于設(shè)計(jì)完成的CBTC系統(tǒng)通信協(xié)議來說，有三項(xiàng)指標(biāo)需要進(jìn)行考察和驗(yàn)證，這三項(xiàng)指標(biāo)分別為鏈接建立時(shí)間、信息傳輸延時(shí)范圍、信道性能對(duì)鏈路狀態(tài)的影響。在實(shí)際的考察和驗(yàn)證中，鏈接建立過程與實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸過程分別進(jìn)行驗(yàn)證，在對(duì)鏈接建立過程中進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，主要是對(duì)建立時(shí)間進(jìn)行考察，而對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸過程中進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，主要是對(duì)剩余性能指標(biāo)進(jìn)行考察，進(jìn)而通過分解模型，將狀態(tài)空間科學(xué)的分析，使模型的動(dòng)態(tài)特性得到合理的驗(yàn)證。

2、危險(xiǎn)分析。CBTC系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，存在著很多影響安全的危險(xiǎn)因素，而危險(xiǎn)分析就是對(duì)危險(xiǎn)因素進(jìn)行明確，并確定是否采取有效地防護(hù)措施。一般來說，在CBTC系統(tǒng)中，存在的危險(xiǎn)因素主要有三種：第一，信道的丟包率，在利用信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，信息丟失的可能性非常大，因而，信道的丟包率是一項(xiàng)非常主要的危險(xiǎn)因素，在對(duì)其進(jìn)行分析時(shí)，分析的方法為隨機(jī)數(shù)模擬，從而將丟包概率值予以改變，最終得出合理的接受范圍；第二，信道的傳輸延遲，通過分析，將延遲的最大范圍進(jìn)行明確；第三，入侵者的惡意數(shù)據(jù)，一旦此種危險(xiǎn)因素的危險(xiǎn)發(fā)生，那么CBTC系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此，必須要對(duì)其采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

3、系統(tǒng)的仿真及結(jié)果分析。經(jīng)過前兩個(gè)步驟，可以分析相關(guān)的性能參數(shù)并得出結(jié)果。在進(jìn)行系統(tǒng)仿真的過程中，首選需要對(duì)鏈接建立時(shí)間進(jìn)行仿真，進(jìn)而對(duì)其性能進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，建鏈操作為300次，通過對(duì)每次操作時(shí)間的考察，進(jìn)行有效地分析，并得出結(jié)果。接著進(jìn)行信息傳輸延時(shí)范圍仿真，采取的是建立模型的方法，同樣實(shí)驗(yàn)次數(shù)為300次，通過取平均值的方式將變化規(guī)律確定。第三是對(duì)信道性能對(duì)鏈路狀態(tài)的影響進(jìn)行仿真，以此來分析狀態(tài)的好與壞。通過各項(xiàng)系統(tǒng)仿真的結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行全面的分析后可知，CBTC系統(tǒng)的通信協(xié)議具備非常優(yōu)異的性能，而且安全系數(shù)也提高了許多，因此，此次CBTC系統(tǒng)的通信協(xié)議設(shè)計(jì)的安全性非常高，能夠滿足CBTC系統(tǒng)對(duì)安全性的需求，從而保證列車運(yùn)行控制的有效性。

第3篇：通信協(xié)議范文

關(guān)鍵詞：TCP/IP協(xié)議；Internet；網(wǎng)絡(luò)通信

1 前言

TCP/IP初步架構(gòu)的出現(xiàn)源于1964年，冷戰(zhàn)時(shí)期美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局DARPA提出ARPANET研究計(jì)劃，目的是希望美國國防部的很多主機(jī)、通信控制處理機(jī)和通信線路在戰(zhàn)爭中，如部分遭到攻擊而損壞時(shí)，其它部分還能正常工作，同時(shí)它希望適應(yīng)從文件傳送到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N應(yīng)用需求，因此它要求的是一種靈活的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)異型網(wǎng)的互聯(lián)(Interconection)與互通(Intercomunication)。

最初ARPANET使用的是租用線路。當(dāng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)發(fā)展起來之后，ARPANET最初開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議NCP (Net Control Protocol，網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議)因其在通信可靠性較差的通信子網(wǎng)中出現(xiàn)了不少問題，導(dǎo)致了新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP的出現(xiàn)。雖然TCP協(xié)議和IP協(xié)議都不是OSI標(biāo)準(zhǔn)，但它們是目前最流行的商業(yè)化的協(xié)議，并被公認(rèn)為當(dāng)前的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或“事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)”。1974年，Kahn最早定義出了的TCP/IP參考模型(TCP/IP Reference Model ); 1985年由Leiner等人對(duì)該模型做了進(jìn)一步的研究；1988年Clark對(duì)該模型的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了討論。

今天，Internet己經(jīng)發(fā)展得更加商業(yè)化，更加面向消費(fèi)者，盡管基本目的發(fā)生了改變，但其最初的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(也就是開放式、抗毀性和可靠性)依然是必需的。這些特性包括可靠傳輸數(shù)據(jù)、自動(dòng)檢測、避免網(wǎng)絡(luò)發(fā)生錯(cuò)誤等。更重要的就是TCP/IP是一個(gè)開放式的通信協(xié)議，開放性就意味著在任何組合間，不管這些設(shè)備的物理特征有多大差異，都可以進(jìn)行通信。

2 標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議

如同OSI參考模型一樣，TCP/IP也是一種分層模型。與OSI參考模型不同的是，TCP/IP參考模型更側(cè)重于互聯(lián)設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送，而不是嚴(yán)格的功能層次劃分。TCP/IP通過解釋功能層次分布的重要性來做到這一點(diǎn)，但它仍為設(shè)計(jì)者具體實(shí)現(xiàn)協(xié)議留下很大的余地。因此，OSI參考模型適用于解釋互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的通信機(jī)制，而TCP/IP更適合做互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的市場標(biāo)準(zhǔn)。

TCP/IP協(xié)議是一套把因特網(wǎng)上的各種系統(tǒng)互聯(lián)起來的協(xié)議組，可以保證因特網(wǎng)上數(shù)據(jù)準(zhǔn)確又快速地傳輸。TCP/IP協(xié)議是一個(gè)很大的協(xié)議族，通常表示為一個(gè)簡化的四層模型。這四層分別是應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層。其中一些常用協(xié)議在TCP/IP分層模型中所處的位置如圖1所示。

圖1TCP/IP層次結(jié)構(gòu)圖

3IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

3.1 IP數(shù)據(jù)報(bào)格式

IP ( Internet Protocol，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)是TCP/IP協(xié)議中一個(gè)最重要的協(xié)議。IP數(shù)據(jù)報(bào)以32比特為一個(gè)計(jì)數(shù)單位(組)，其格式如圖2所示。

圖21P數(shù)據(jù)報(bào)格式

3.2IP協(xié)議的軟件實(shí)現(xiàn)

IP是TCP/IP協(xié)議中最為核心的協(xié)議。所有的數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)報(bào)格式傳輸。IP協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)無連接數(shù)據(jù)報(bào)傳送、數(shù)據(jù)報(bào)路由選擇和差錯(cuò)控制的功能。在本課題中，由于單片機(jī)資源有限，結(jié)合實(shí)際需要只實(shí)現(xiàn)了IP數(shù)據(jù)報(bào)傳送和接收，沒有實(shí)現(xiàn)路由選擇算法和差錯(cuò)控制，同時(shí)也不支持IP數(shù)據(jù)報(bào)的分片和重組。

IP協(xié)議主要通過IP接收函數(shù)和IP發(fā)送函數(shù)兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

①IP發(fā)送函數(shù)

void ip_send對(duì)來自上層的數(shù)據(jù)，按照IP數(shù)據(jù)報(bào)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造數(shù)據(jù)報(bào)。通過調(diào)用ARP處理程序解析對(duì)應(yīng)IP的物理地址。若返回NULL值，則將數(shù)據(jù)存入一個(gè)已定義的結(jié)構(gòu)體WAITE中，并發(fā)送ARP請求。若返回對(duì)應(yīng)IP的物理地址，則將數(shù)據(jù)交給底層以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序處理。

②IP接收函數(shù)

void ip rcve (UCHAR xdata*inbuf)單片機(jī)收到數(shù)據(jù)包之后，應(yīng)先對(duì)數(shù)據(jù)包的類型進(jìn)行判斷。如果是IP數(shù)據(jù)報(bào)，則調(diào)用該程序。接著再判斷其數(shù)據(jù)域中所使用的協(xié)議類型，是ICMP協(xié)議調(diào)用ICMP處理子程序，是UDP協(xié)議調(diào)用UDP處理子程序，是TCP協(xié)議調(diào)用TCP處理子程序，其它返回。程序流程圖如圖3所示：

圖3IP接收過程流程圖

3.3 校驗(yàn)和算法

在大多數(shù)TCP/IP協(xié)議中采用的差錯(cuò)檢驗(yàn)方法是校驗(yàn)和，校驗(yàn)和是在分組上附加的信息。校驗(yàn)和能夠防止分組在傳輸時(shí)所受到的損傷。在發(fā)送端先計(jì)算檢驗(yàn)和并將得到的結(jié)果與分組一起發(fā)送過去。接收端對(duì)包括校驗(yàn)和的整個(gè)分組重復(fù)進(jìn)行同樣的計(jì)算。若得到的結(jié)果正確則接收此分組，否則就將其丟棄。發(fā)送端和接收端的校驗(yàn)和計(jì)算方法分別如下:

①發(fā)送端按以下步驟產(chǎn)生校驗(yàn)和

②接收端按以下步驟產(chǎn)生校驗(yàn)和

下面給出校驗(yàn)和算法的源程序：

UINT Checksum (UCHAR xdata *checks UINT length)//計(jì)算校驗(yàn)和

{LONG sum=0; UINT i:UINT xdata *ptr: ptr=(UINT xdata *)check;

for (i=0:i

{sum+=*ptr++;}

if (length&0x01)//表示長度為單數(shù)

{sum=sum+((*ptr)&Oxff00);}

sum=(sum&Oxffff)+((sum;16)&Oxffff);//高16位和低16位相加

if(sum&OxffffU000){sum++;}//表示有進(jìn)位

return((UINT)((sum)&Oxf});}

4TCP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

4.1 TCP數(shù)據(jù)報(bào)格式

TCP（Transfer Control Protocol，傳輸控制協(xié)議)是傳輸層最常用的協(xié)議，是一個(gè)比較復(fù)雜的協(xié)議。TCP和IP一樣，也是TCP/IP協(xié)議族中最重要的協(xié)議。它可以提供面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。TCP數(shù)據(jù)報(bào)文段格式如圖4所示：

圖4TCP報(bào)文段的格式

4.2 TCP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

TCP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)是整個(gè)TCP/IP協(xié)議棧中最復(fù)雜的一個(gè)。TCP協(xié)議是面向連接的、端對(duì)端的可靠通信協(xié)議。TCP采取了很多機(jī)制來保證它的可靠性，比如TCP連接的建立與關(guān)閉機(jī)制、超時(shí)重傳機(jī)制、數(shù)據(jù)包確認(rèn)機(jī)制、流量控制機(jī)制等等。在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)TCP協(xié)議所要做的就是實(shí)現(xiàn)這些機(jī)制，當(dāng)然要在不影響協(xié)議棧功能的前提下適當(dāng)做一下簡化。

4.3TCP的超時(shí)重傳與流量控制機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)一個(gè)TCP連接順利建立起來后，TCP連接的雙方可以互相傳遞數(shù)據(jù)了。TCP的可靠傳輸是靠確認(rèn)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的，也就是每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包后，只有接收到對(duì)方發(fā)送確認(rèn)包后，才能確定該數(shù)據(jù)包已經(jīng)成功發(fā)送，否則就要重發(fā)。

TCP的流量控制是為了協(xié)調(diào)通信雙方的收發(fā)速率不均衡而設(shè)計(jì)的。遠(yuǎn)端的客戶機(jī)一般是通用計(jì)算機(jī)，相對(duì)與本地的嵌入式Web Server來說運(yùn)行速度要快得多。因此，當(dāng)遠(yuǎn)端快的發(fā)送方向本地慢的接收方發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，如果發(fā)送速度很快，則會(huì)導(dǎo)致本端來不及處理，甚至導(dǎo)致死機(jī)。TCP連接建立時(shí)，雙方會(huì)利用TCP首部中的Window窗口字段通報(bào)雙方的可用窗口。實(shí)際上，接收方通報(bào)的窗口大小是根據(jù)其接收緩存的大小而定，考慮到本系統(tǒng)在使用TCP協(xié)議時(shí)，只設(shè)置了一個(gè)中等IP包大小接收緩存，因此接收窗口設(shè)為1024。同時(shí)，每次接收包的ACK確認(rèn)時(shí)，窗口大小不再動(dòng)態(tài)改變，恒定設(shè)置為1024。這樣遠(yuǎn)端主機(jī)就會(huì)以較慢的傳輸速率與本端的Web Server進(jìn)行通信。

5 結(jié)論

本文主要針對(duì)目前流行的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究和探索，由于時(shí)間倉促，加上本人對(duì)該領(lǐng)域的研究才剛剛起步，所以還存在一些問題值得進(jìn)一步研究探討，主要有:

(1) 對(duì)于TCP/IP協(xié)議，時(shí)間的控制非常重要。包括TCP的超時(shí)重傳，TCP狀態(tài)的?；畹?。如果時(shí)間處理不當(dāng)，將影響整個(gè)系統(tǒng)的通訊性能。

(2)如何進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)TCP/IP對(duì)于多點(diǎn)通信以及完整協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)還有待于進(jìn)一步研究。

(3) IPv6作為下一代互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議，能夠提供幾乎無限的地址空間，從根本上克服了IPv4中地址空間不足的問題。因此，下一步可增加對(duì)IPv6協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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第4篇：通信協(xié)議范文

作者簡介:周青山（1987-）,男，重慶忠縣人，碩士研究生，主要研究方向：嵌入式操作系統(tǒng)、工業(yè)CT數(shù)據(jù)傳輸； 王玨（1961-），男，四川仁壽人，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：工業(yè)CT、檢測技術(shù)、自動(dòng)化裝置; 譚輝（1983-），男，湖南耒陽人，助理研究員，碩士，主要研究方向：數(shù)據(jù)采集與傳輸、嵌入式操作系統(tǒng)。

文章編號(hào):1001-9081（2011）08-02065-03doi:10.3724/SP.J.1087.2011.02065

（1.重慶大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，重慶400030; 2.重慶大學(xué) ICT研究中心，重慶400030）

（）

摘 要:為了在強(qiáng)干擾環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸，設(shè)計(jì)了一種基于曼徹斯特碼的通信協(xié)議。協(xié)議分為發(fā)送模塊和接收模塊：在發(fā)送端，采用了數(shù)據(jù)打包傳輸；在接收端，采用了“錯(cuò)位碼+計(jì)數(shù)器”的方法進(jìn)行時(shí)鐘同步。協(xié)議能有效解決數(shù)據(jù)邊界識(shí)別問題和時(shí)鐘累積誤差造成的相位偏差問題。利用設(shè)計(jì)和制作的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在模擬的干擾環(huán)境中，進(jìn)行了40Mbps數(shù)據(jù)的傳輸測試。結(jié)果表明，該通信協(xié)議能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

關(guān)鍵詞:曼徹斯特碼；通信協(xié)議；錯(cuò)位碼；時(shí)鐘；相位偏差

中圖分類號(hào): TN915.04文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

Design and realization of communication protocol based on Manchester code

ZHOU Qing-shan1, WANG Jue1,2, TAN Hui2

（1. College of Automation, Chongqing University, Chongqing 400030, China;

2. ICT Research Center, Chongqing University, Chongqing 400030, China）

Abstract: To transmit data accurately in strong interference environments, a communication protocol based on Manchester code was designed. It is composed of sending module and receiving module: data were transferred in the form of “packets” at the sending end; dislocated code and a counter were used to solve the problem of clock synchronization at the receiving end. The communication protocol could solve the issue of identifying the data boundaries and the phase error caused by the accumulated error of clock. In a simulated interference environment, a transfer rate of 40Mbps was achieved on a platform. The experimental results indicate that the communication protocol is able to transmit data accurately.

Key words: Manchester code; communication protocol; dislocated code; clock; phase error

0 引言

在工業(yè)領(lǐng)域中，強(qiáng)干擾場所的數(shù)據(jù)傳輸逐漸普遍，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的要求也愈來愈高。目前，為了獲得在強(qiáng)干擾環(huán)境下數(shù)據(jù)的可靠傳輸，除了采用抗干擾能力強(qiáng)的差分電平外，還會(huì)通過降低數(shù)據(jù)傳輸速率、增大協(xié)議和硬件復(fù)雜度等方法來進(jìn)一步保證其可靠性，從而導(dǎo)致在數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸可靠性、運(yùn)行和維護(hù)成本間形成了一個(gè)矛盾體，難以獲得一個(gè)折中方案［1-3］。為了獲得簡單協(xié)議下強(qiáng)干擾環(huán)境中數(shù)據(jù)的可靠傳輸，降低強(qiáng)干擾環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪\(yùn)行和維護(hù)成本，本文設(shè)計(jì)了一種基于曼徹斯特碼（Manchester Code）的通信協(xié)議，并設(shè)計(jì)和制作了基于現(xiàn)場可編程門列陣（Field Programmable Gate Array, FPGA）的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行測試。

曼徹斯特碼，又稱數(shù)字雙相碼,是一種時(shí)鐘自同步的編碼技術(shù)。與其他編碼技術(shù)相比，曼徹斯特碼不存在直流分量,能夠從接收端的線路碼中提取符號(hào)同步信號(hào)，并且編碼規(guī)則相對(duì)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適合在一些干擾較大的場所進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸［4-5］。

如圖1，對(duì)于單極性不歸零碼（Unipolar Non Return to Zero, NRZ）的數(shù)據(jù)信號(hào)“0”和“1”，將“0”編碼為“01”，將“1”編碼為“10”的這種形式的編碼稱之為曼徹斯特I型碼［6］；反之，稱為曼徹斯特II型碼。本文采用曼徹斯特I型碼進(jìn)行設(shè)計(jì)，在后面提到的曼徹斯特編碼均為I型碼。

圖1 曼徹斯特碼

1 協(xié)議設(shè)計(jì)

通信協(xié)議分為兩部分：發(fā)送模塊和接收模塊。

1.1 發(fā)送模塊

如圖2所示，前方傳輸過來的數(shù)據(jù)存入先進(jìn)先出（First Input First Output, FIFO）存儲(chǔ)器中進(jìn)行緩存，在數(shù)據(jù)打包控制器的控制下，將NRZ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為曼徹斯特碼后打包輸出。

圖2 發(fā)送模塊結(jié)構(gòu)

1.1.1 編碼方式選擇

直接將輸入數(shù)據(jù)與時(shí)鐘進(jìn)行同或（或者異或）是比較常用的曼徹斯特編碼方式［7］，此處采用同或編碼方式。如果NRZ的一位碼元時(shí)間為1/P，則選用頻率為2P的時(shí)鐘對(duì)NRZ進(jìn)行同或處理，所得的編碼即為曼徹斯特碼，如圖3所示。

圖3 曼徹斯特碼同或編碼

1.1.2 數(shù)據(jù)打包傳輸

發(fā)送端的協(xié)議設(shè)計(jì)，需要充分考慮到接收端的特性。對(duì)于接收端，在連續(xù)的曼徹斯特碼流中，首先需要確定每位原始數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的兩位編碼數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)邊界的確定。例如，接收端接收的是連續(xù)的“10”序列，同時(shí)也可以判斷為是連續(xù)的“01”序列，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)邊界確定。因此，在發(fā)送端，采用了數(shù)據(jù)幀的傳輸方式，為每幀數(shù)據(jù)添加同步字頭用以進(jìn)行數(shù)據(jù)邊界的正確識(shí)別，此處設(shè)定的每幀有效數(shù)據(jù)為256b。

正確的曼徹斯特碼不會(huì)存在連續(xù)的3個(gè)或以上的“1”或者“0”，所以將數(shù)據(jù)的同步字頭設(shè)定為“111000”；將命令字的同步字頭設(shè)定為“000111”，如表1所示。

第5篇：通信協(xié)議范文

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議；電氣監(jiān)控系統(tǒng)；概況；應(yīng)用；IEC60870—5—103協(xié)議；實(shí)時(shí)性；可靠性

隨著社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，作為各產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，電氣設(shè)備必須具備良好的安全性、穩(wěn)定性及高效性。在電氣監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，可對(duì)電氣監(jiān)控系統(tǒng)的性能進(jìn)行有效提高。作為通信網(wǎng)絡(luò)的根本規(guī)則，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的各種類型都存有既定通信模式。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議不同則其傳輸訪問機(jī)制也存有極大的不同。在進(jìn)行少數(shù)信號(hào)傳輸或大量信號(hào)傳輸與發(fā)出時(shí)，此類傳輸訪問機(jī)制性能都存有極大不同。本文以網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議為依據(jù)，對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)最常用的通信協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化運(yùn)用，如IEC60870—5—103等，在設(shè)備投資金額不增加的基礎(chǔ)上，達(dá)到完善電氣監(jiān)控系統(tǒng)的目的。

一、電氣監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的概況

作為一種網(wǎng)絡(luò)通用語言，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是指為連接不同操作系統(tǒng)和不同硬件體系結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)引提供的通信支持。其從邏輯上將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行7層劃分，各層都具備路由器、交換機(jī)等相應(yīng)的物理設(shè)備。在電氣監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)IEC60870—5—103、IEC60870—5—104等為主要的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議類型，具體如下：

1、IEC60870—5—103協(xié)議。

作為國際電工委員會(huì)制定的繼電保護(hù)設(shè)備信息接口規(guī)范，IEC60870—5—103協(xié)議可在通信前置機(jī)和繼電保護(hù)裝置間的信號(hào)傳輸中充分應(yīng)用。該協(xié)議主要選取主從—對(duì)多的非平衡傳輸方式，主站為通信前置機(jī)，從站為繼電保護(hù)裝置，每秒9600bit為標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率，格式報(bào)文形式主要分為2種：固定幀長報(bào)文、可變幀長報(bào)文。其表述的2類信息傳輸方式為按照相應(yīng)規(guī)定運(yùn)用的服務(wù)數(shù)據(jù)單位與為標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)文傳輸沒有涵蓋的全部可能應(yīng)用過程，或全部可能信息利用通用分類服務(wù)傳輸。

2、IEC60870—5—104協(xié)議。

在IEC60870—5—103基礎(chǔ)上，國際電工委員會(huì)為滿足網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸又進(jìn)行了IEC60870—5—104遠(yuǎn)動(dòng)通信協(xié)議的制定。其不僅能夠在集控中心與變電站、調(diào)度端進(jìn)行全面運(yùn)用，還能在變電站內(nèi)的通信網(wǎng)加以合理運(yùn)用。一般選取RFC2200協(xié)議作為該協(xié)議物理層、鏈路層等主要協(xié)議。作為標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議子集，RFC2200可使IEC60870—5—104協(xié)議應(yīng)用于TCP/IP協(xié)議的高帶寬網(wǎng)絡(luò)傳輸。與其他協(xié)議相比，IEC60870—5—104協(xié)議具有良好實(shí)時(shí)性、可靠性等優(yōu)勢，且能夠進(jìn)行大流量數(shù)據(jù)傳輸，為信息擴(kuò)展提供便利。

二、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議在電氣監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

在科技快速發(fā)展的今天，電氣監(jiān)控系統(tǒng)愈加完善，將網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議合理應(yīng)用于電氣監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)提升電氣監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性具有至關(guān)重要的作用，為此，本文以優(yōu)化其應(yīng)用性能為例對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議在電氣監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析與探究。

1、實(shí)時(shí)性優(yōu)化應(yīng)用

電氣監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性提升的方式較多，一般分為2大類：升級(jí)電氣監(jiān)控系統(tǒng)硬件、優(yōu)化軟件算法。根據(jù)工作需求，可通過軟件優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，以此達(dá)到提高電氣監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的目的。首先，IEC60870—5—103協(xié)議為例分析。光纖接口、EIARS485接口為IEC60870—5—103協(xié)議電氣的主要接口類型。光纖傳輸具有良好抗干擾能力及較快傳輸速度。在相同變電站或距離較短情況下繼電保護(hù)裝置和監(jiān)控系統(tǒng)的兩種接口傳輸速度基本一致。在通信鏈路拓?fù)浞矫鎯煞N接口一致，基于此，兩種接口具有相同分析方式。本文將EIARS485接口作為分析研究重點(diǎn)，具體內(nèi)容如下：作為三線制半雙工接口，EIARS485接口在同一時(shí)間點(diǎn)上只能接收、發(fā)送信號(hào)，但不能同時(shí)進(jìn)行接收、發(fā)送操作。通信權(quán)可由EIARS485總線上并聯(lián)的3個(gè)繼電保護(hù)裝置依次取得，依次將數(shù)據(jù)傳送給通信前置機(jī)。繼電保護(hù)裝置數(shù)據(jù)向通信前置機(jī)傳送的快慢，由通信權(quán)時(shí)間間隔的長短加以確定。但電氣出現(xiàn)大面積故障的情況下，繼電保護(hù)裝置極易出現(xiàn)大量變位信號(hào)。如一個(gè)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行5個(gè)遙信信號(hào)上傳，完成此5個(gè)變位遙信信號(hào)傳輸需20幀以上報(bào)文。其次，IEC60870—5—104協(xié)議為例分析。以太網(wǎng)傳輸為IEC60870—5—104協(xié)議的主要形式，平衡傳輸全雙工接口為以太網(wǎng)RJ45接口類型。對(duì)該協(xié)議實(shí)時(shí)性造成影響的主要因素包含2點(diǎn)，第一以太網(wǎng)的傳輸性能，對(duì)其起決定作用的因素為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及以太網(wǎng)帶寬；第二，該協(xié)議報(bào)文信號(hào)攜帶效率。根據(jù)筆者工作性質(zhì)，為提升電氣監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議性能，本文以優(yōu)化提升IEC60870—5—104協(xié)議報(bào)文信號(hào)攜帶效率為主進(jìn)行分析。本協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)以I格式幀為主。該協(xié)議規(guī)定ASDU（一個(gè)）在249字節(jié)以下，可進(jìn)行一個(gè)火一組信號(hào)傳輸。應(yīng)用于現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的IEC60870—5—104協(xié)議，I格式幀（一個(gè)）旺旺只進(jìn)行一個(gè)變位遙信信號(hào)傳輸。為提高信號(hào)傳輸信號(hào)，需對(duì)I格式幀長度進(jìn)行有效增加。

2、可靠性優(yōu)化應(yīng)用

利用通信前置機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)等設(shè)備的冗余配置及通信網(wǎng)絡(luò)冗余配置可實(shí)現(xiàn)電氣監(jiān)控系統(tǒng)可靠性。在具體應(yīng)用中，硬件即便冗余配置，但卻存在冗余設(shè)備無擾無縫切換等問題。為達(dá)到網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議優(yōu)化運(yùn)用，需提升通信前置機(jī)冗余切換、通信網(wǎng)絡(luò)冗余切換的可靠性，進(jìn)而達(dá)到電氣監(jiān)控系統(tǒng)可靠性提升的目的。

（1）將EIARS485接口應(yīng)用于IEC60870—5—103協(xié)議時(shí)，EIARS485接口一個(gè)的情況下主機(jī)只能有一臺(tái)，也就是說EIARS485接口一個(gè)情況下2臺(tái)通信前置機(jī)無法利用該接口將報(bào)文發(fā)送給一臺(tái)繼電保護(hù)裝置。為對(duì)該協(xié)議傳輸可靠性進(jìn)行有效提升，需并接2臺(tái)通信前置機(jī)的全部EIARS485接口。要求位于工作狀態(tài)的通信前置機(jī)為1臺(tái)，位于熱備狀態(tài)的通信前置機(jī)為1臺(tái)。如工作狀態(tài)前置機(jī)內(nèi)隨意一個(gè)EIARS485接口通信中斷被熱備狀態(tài)通信前置機(jī)檢測出來后，熱備狀態(tài)前置機(jī)可將此EIARS485接口主機(jī)地位占據(jù)，利用此EIARS485接口將報(bào)文發(fā)送給繼電保護(hù)裝置。該情況下，工作狀態(tài)通信前置機(jī)需將此EIARS485接口主機(jī)地位拋棄，進(jìn)而達(dá)到IEC60870—5—103協(xié)議雙機(jī)熱備接口切換。

（2）通信前置機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與以太網(wǎng)冗余配置為現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分。冗余配置可對(duì)信號(hào)傳輸可靠性有效提升。但現(xiàn)階段最常見的雙機(jī)雙網(wǎng)切換機(jī)制為“硬切換”，也就是說一般情況下冗余的2臺(tái)通信前置機(jī)內(nèi)利用冗余通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一條與運(yùn)動(dòng)機(jī)或服務(wù)器進(jìn)行通信的只有一臺(tái)。如前置機(jī)正常運(yùn)行時(shí)如出現(xiàn)故障或通信網(wǎng)絡(luò)中斷，可向冗余的另一臺(tái)通信前置機(jī)進(jìn)行通信切換。但其存有諸多問題，如只能利用通信前置機(jī)內(nèi)部軟件對(duì)通信前置機(jī)切換、通信網(wǎng)絡(luò)切換進(jìn)行判斷，通信在切換過程中為中斷情況，不能實(shí)現(xiàn)無擾連續(xù)切換。在IEC60870—5—104協(xié)議內(nèi)對(duì)冗余通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)如何應(yīng)用沒有進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定。如選取并行冗余協(xié)議，可將鏈路冗余體增設(shè)到各設(shè)備內(nèi)部，以此實(shí)施冗余網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)處理。但該功能在傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)并不具備，如選取該并行冗余協(xié)議，需進(jìn)行現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備重新設(shè)計(jì)。在對(duì)現(xiàn)有設(shè)備不改動(dòng)的情況下，應(yīng)適當(dāng)修改現(xiàn)有協(xié)議通信方式，進(jìn)而達(dá)到冗余網(wǎng)絡(luò)并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/p>

三、結(jié)束語

綜上所述，作為國民經(jīng)濟(jì)的主要構(gòu)成部分，電氣監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的合理運(yùn)用，可有效管理與控制質(zhì)量、安全工作，完善電氣監(jiān)控系統(tǒng)。本文以IEC60870—5—103協(xié)議與IEC60870—5—104協(xié)議為例，對(duì)其在電氣監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)時(shí)性優(yōu)化應(yīng)用、可靠性優(yōu)化應(yīng)用進(jìn)行了進(jìn)一步分析研究，以此提升電氣監(jiān)控系統(tǒng)的性能，降低經(jīng)濟(jì)損失，及提高系統(tǒng)安全性。

參考文獻(xiàn)

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[6]王培增,董世軍.IEC60870-5-103傳輸規(guī)約在微機(jī)保護(hù)測控裝置中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)[J].繼電器,2007(05)

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第6篇：通信協(xié)議范文

 

0引言

 

近幾年來，隨著人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)信息傳輸質(zhì)量的要求越來越高，并且各種應(yīng)用的增加導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息量增大，亟需有效提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。基于量子糾纏態(tài)理論，在數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行分析，得到停等協(xié)議和選擇重傳量子通信協(xié)議，可以明顯減少信息在鏈路中的傳輸時(shí)延，有效提高信息在鏈路中的傳輸速率[12]。但是，選擇自動(dòng)重傳協(xié)議對(duì)于每一個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀都要求進(jìn)行應(yīng)答，一定程度上加重了通信負(fù)擔(dān);滑動(dòng)窗口協(xié)議只要求對(duì)于一定量的數(shù)據(jù)幀發(fā)送一個(gè)應(yīng)答即可，將有效簡化通信過程。因此，研究基于量子糾纏態(tài)的滑動(dòng)窗口通信協(xié)議具有一定的意義。本文利用量子理論中量子糾纏態(tài)，提出一種基于數(shù)據(jù)鏈路層的滑動(dòng)窗口量子通信協(xié)議，并對(duì)該協(xié)議進(jìn)行分析。

 

1量子糾纏態(tài)

 

量子信息學(xué)是近20多年來由量子理論、信息科學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合起來的新型學(xué)科[3]，主要利用量子態(tài)的特性，探索以全新的方式對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算、編碼和傳輸?shù)目赡苄訹45]。量子糾纏態(tài)是量子光學(xué)和量子信息學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要概念，量子態(tài)的糾纏是量子信息工程中的重要資源，并廣泛應(yīng)用于量子通信和量子計(jì)算的理論研究中[67]。量子糾纏現(xiàn)象最先是由(einsteinpodolskyrosen，EPR)發(fā)現(xiàn)的量子力學(xué)的特殊現(xiàn)象，對(duì)于2個(gè)或多個(gè)量子系統(tǒng)之間的非定域、非經(jīng)典的關(guān)聯(lián)性描述，是量子系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)子系統(tǒng)或各自由度之間關(guān)聯(lián)的力學(xué)屬性。那么，量子糾纏態(tài)是實(shí)現(xiàn)信息高速傳輸?shù)牟豢善谱g通信的理論基礎(chǔ)[4]。由量子糾纏交換實(shí)現(xiàn)量子遠(yuǎn)程通信，表明量子狀態(tài)的轉(zhuǎn)移是瞬間實(shí)現(xiàn)的，極大縮短了通信時(shí)間。

 

2滑動(dòng)窗口通信協(xié)議

 

滑動(dòng)窗口協(xié)議是基于數(shù)據(jù)鏈路層允許多個(gè)數(shù)據(jù)幀同時(shí)進(jìn)行信息傳輸以此來提高傳輸效率而提出的[8]。對(duì)于每一個(gè)數(shù)據(jù)幀用一定位數(shù)的二進(jìn)制標(biāo)識(shí)，并限定每個(gè)窗口的最大傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀數(shù)。同時(shí)，分別在發(fā)送方設(shè)置發(fā)送窗口，接收方設(shè)置相應(yīng)的接收窗口;接收方不必對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行應(yīng)答，只需對(duì)這個(gè)窗口的最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行應(yīng)答，表示整個(gè)窗口的所有數(shù)據(jù)幀接收正確，之后接收下一個(gè)窗口的數(shù)據(jù)。對(duì)于當(dāng)產(chǎn)生錯(cuò)誤或者丟失一個(gè)、多個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，需要重傳這個(gè)窗口的所有數(shù)據(jù)幀。

 

對(duì)于滑動(dòng)窗口協(xié)議，假如待傳送的數(shù)據(jù)幀為m個(gè)，每個(gè)滑動(dòng)窗口最多N個(gè)數(shù)據(jù)幀，且每個(gè)數(shù)據(jù)幀在傳輸?shù)倪^程中出錯(cuò)和丟失的概率為p。假定每個(gè)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時(shí)延為ta，數(shù)據(jù)幀沿發(fā)送鏈路從發(fā)送端到接收端的傳輸時(shí)延為tp，接收端接收到數(shù)據(jù)幀的所用的處理時(shí)延為tpr，接收端發(fā)送確認(rèn)幀的發(fā)送時(shí)延為 tb，確認(rèn)幀在鏈路中的傳輸時(shí)延為tp，假設(shè)發(fā)送端的處理時(shí)延也同為tpr。由于數(shù)據(jù)幀的傳輸過程中是連續(xù)發(fā)送，則存在數(shù)據(jù)幀之間傳輸時(shí)間的重疊。即設(shè)時(shí)間重疊的系數(shù)為β，則0≤β<1，重疊時(shí)間為βt，當(dāng)β=0時(shí)，重疊時(shí)間為0，即只一個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行傳輸;同時(shí)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時(shí)間有先后順序，不可能同時(shí)發(fā)送所有數(shù)據(jù)幀，那么數(shù)據(jù)幀之間的發(fā)送時(shí)間不能完全重疊，β不能等于1。因此，一個(gè)數(shù)據(jù)幀從發(fā)送端到接收端的傳輸時(shí)間為

 

也就是說，如果出錯(cuò)或丟失的數(shù)據(jù)幀越多，則滑動(dòng)窗口量子通信協(xié)議將越有效;并且在無差錯(cuò)信息傳輸中滑動(dòng)窗口量子通信協(xié)議也將比選擇連續(xù)重傳量子通信協(xié)議更好?？傻贸觯涸趩我灰粋€(gè)窗口的出錯(cuò)或丟失需要重傳的數(shù)據(jù)幀的概率為p1=y/x，那么對(duì)于所有的數(shù)據(jù)幀有：當(dāng)p1> c+1xt4+t5(t4+t5)x-1時(shí)，滑動(dòng)窗口量子通信協(xié)議比選擇連續(xù)重傳量子通信協(xié)議更優(yōu)。因此，滑動(dòng)窗口量子通信協(xié)議在遠(yuǎn)程通信和通信信道較差、出錯(cuò)率很高以及傳輸時(shí)延很高的情況下具有更明顯的優(yōu)勢。

 

3結(jié)論

 

利用量子力學(xué)中的量子糾纏態(tài)，提出了一種基于數(shù)據(jù)鏈路層的滑動(dòng)窗口量子通信協(xié)議。該協(xié)議在鏈路的空閑時(shí)段通過量子糾纏態(tài)的分發(fā)建立量子信道，信息的發(fā)送通過經(jīng)典信道進(jìn)行傳輸，而后通過量子信道進(jìn)行反饋確認(rèn)信息來完成。由于確認(rèn)量子信息傳輸?shù)乃矔r(shí)性，可有效減少信息的傳輸時(shí)間，提高了鏈路的吞吐量。通過與選擇連續(xù)重傳量子通信協(xié)議對(duì)比，滑動(dòng)窗口量子通信協(xié)議在十分嚴(yán)峻的環(huán)境和遠(yuǎn)程通信中能夠更好地提高信息的傳輸效率，特別是在衛(wèi)星通信方面將有更大作用。但是對(duì)于所需要重傳的數(shù)據(jù)幀是整個(gè)窗口的所有數(shù)據(jù)幀進(jìn)行重傳，但是整個(gè)窗口的所有數(shù)據(jù)幀并不是全部都出錯(cuò)或丟失需要重傳，有的數(shù)據(jù)幀是完整接收依然被丟棄重傳，造成了一些不必要的數(shù)據(jù)幀的傳輸，信道的利用率下降。如果能夠?qū)τ诨瑒?dòng)窗口量子通信協(xié)議中需要重傳的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行選擇性重傳將是更有效的解決方案。

 

作者簡介：

第7篇：通信協(xié)議范文

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；體系結(jié)構(gòu)；通信體系；MAC協(xié)議；路由協(xié)議；傳輸層協(xié)議

[Abstract] This paper is based on the analysis of network characteristics. The paper introduces the concept and characteristics of communication system, wireless sensor network middleware and application system of three levels, and an overview of wireless sensor networks and media access control protocol, routing protocol, such as transport protocol communication system research and prospect.

Keywords: wireless sensor networks; architecture; communication system; MAC protocol; routing protocol; transport layer protocol

中圖分類號(hào)：E965文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量無處不在的、具有無線通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的自組織分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng), 是能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的“智能”系統(tǒng), 是一項(xiàng)涉及多門前沿學(xué)科發(fā)展的綜合性技術(shù)。MEMS 將多種傳感器集成為一體, 制造小型化、低成本、多功能的傳感器節(jié)點(diǎn); 大量的MEMS 傳感器節(jié)點(diǎn)只有通過低功耗的無線通信技術(shù)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)才能夠發(fā)揮其整體和綜合作用; 具有群體智能的自主自治系統(tǒng)的行為實(shí)現(xiàn)和控制是自動(dòng)控制和人工智能領(lǐng)域的前沿研究內(nèi)容。

1、體系結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)專用網(wǎng)絡(luò)( Mobile Adho c Netw ork, MANET ) 相比, 具有節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、分布密集, 通信采用廣播方式, 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁, 能量、計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限, 沒有統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)等特點(diǎn)。這對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)上提出了新的要求和挑戰(zhàn), 即資源受限、可擴(kuò)展性、容錯(cuò)性、自組織、實(shí)時(shí)性和安全性等。其中, 資源受限, 尤其是能量有限是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要特征。由于傳感器節(jié)點(diǎn)多采用電池供電, 而且一旦部署就無人值守, 更換電池成本過大, 在設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí),必須盡可能采用低功耗的器件、節(jié)能的協(xié)議算法和管理策略, 以便減少傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗, 延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽命。

組網(wǎng)與通信是通信體系的主要功能, 這一層包括開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI 七層模型中的物理層, 數(shù)據(jù)鏈路層, 網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算模型涉及網(wǎng)絡(luò)的組織、管理和服務(wù)框架, 信息傳輸路徑的建立機(jī)制、面向需求的分布信息處理模式等問題,是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要首先解決的問題。通信協(xié)議是核心內(nèi)容, 包括無線信道調(diào)制、共享信道分配、路由構(gòu)建及與因特網(wǎng)互聯(lián)等。

2、通信體系

在通信體系的四層協(xié)議棧中, 物理層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的調(diào)制、發(fā)送與接收, 涉及傳輸?shù)拿浇?、頻段的選擇、載波產(chǎn)生、信號(hào)檢測、調(diào)制解調(diào)方式、數(shù)據(jù)加密和硬件設(shè)計(jì)等。WSNs 采用的傳輸媒體主要有: 射頻( RF) 、可見光、紅外線等, 其中, 射頻是最常用的。到目前為止, 物理層已基本完成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)開發(fā), 代表性的節(jié)點(diǎn)有U CLA 和Rockwell 自動(dòng)化中心研制的WINS, MIT 研制的µAMPS, U C Berkeley 的Smar t Dust 和Mo tes。在這些平臺(tái)中, Mo tes 硬件平臺(tái)和其配套的TinyOS操作系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛, 為全球300 多家研究機(jī)構(gòu)所采用。目前, 物理層的工作主要集中于低功耗低成本高可靠性的模塊特別是通信模塊的研制和片上系統(tǒng)SoC 的設(shè)計(jì)。

3 MAC協(xié)議

3.1 基于調(diào)度算法的MAC協(xié)議

在基于調(diào)度算法的MAC 協(xié)議中, 傳感器節(jié)點(diǎn)可發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間通過一個(gè)調(diào)度算法來決定。這樣, 多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)就可以同時(shí)、沒有沖突的在無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)。這類協(xié)議中, 主要的調(diào)度算法是時(shí)分多復(fù)用T DMA, 即將時(shí)間分成多個(gè)時(shí)間片, 幾個(gè)時(shí)間片組成一個(gè)幀, 在每一幀中, 分配給傳感器節(jié)點(diǎn)至少一個(gè)時(shí)間片來發(fā)送數(shù)據(jù)。這類協(xié)議的調(diào)度算法通常尋找一個(gè)盡可能最近的用于發(fā)送數(shù)據(jù)的幀來達(dá)到高的空間利用率和低的數(shù)據(jù)包等待時(shí)間。

典型的協(xié)議有SMACS, DE-MAC和EMACS?；谡{(diào)度的MA C 協(xié)議都是分布式的, 因此需要時(shí)間同步機(jī)制, 而不需要全局信息。這樣, 就可以在高動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境比如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兊那闆r下充分適應(yīng)并保持最佳的特性。這類協(xié)議提供了信道的公平使用, 與合適的調(diào)度算法配合就可以避免沖突的發(fā)生。但是許多基于T DMA 的協(xié)議必須使用較為精確的時(shí)間同步來調(diào)度, 增加了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。另外, 有些T DMA 協(xié)議仍然存在一定的沖突, 導(dǎo)致很難控制這些沖突來保證實(shí)時(shí)性和節(jié)省能耗。

3.2非碰撞的MAC協(xié)議

非碰撞的MAC 協(xié)議通過消除碰撞來節(jié)能。好的非碰撞協(xié)議能夠潛在地提高吞吐量, 減少時(shí)延, 提供實(shí)時(shí)性保證。當(dāng)前存在的問題是多信道的使用。這需要對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)上提出了一個(gè)附加的要求( 有些節(jié)點(diǎn)必須有兩個(gè)收發(fā)器) 。另一個(gè)問題是協(xié)議的復(fù)雜性( 因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的計(jì)算能力有限, 傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議總是越簡單越好) 。

3.3基于競爭的MAC協(xié)議

多數(shù)分布式MAC 協(xié)議采用載波監(jiān)聽或沖突避免的機(jī)制并采用附加的信令控制消息來處理隱藏和暴露節(jié)點(diǎn)問題?；诟偁幍膮f(xié)議對(duì)無線信道的訪問采用競爭機(jī)制。比如: S-MAC , T-MA C ,ARC-MA C ?；诟偁幍膮f(xié)議通常很難提供實(shí)時(shí)性保證, 而且由于沖突的存在, 浪費(fèi)了能量?；诟偁幍膮f(xié)議在有些應(yīng)用場合( 比如主要考慮節(jié)能而不太關(guān)心時(shí)延的可預(yù)測性時(shí)) 有較大的應(yīng)用?；诟偁幍膮f(xié)議需要解決的是提供一個(gè)實(shí)時(shí)性的統(tǒng)計(jì)上界。根據(jù)這類協(xié)議的分布式和隨機(jī)的補(bǔ)償特性, 基于競爭的協(xié)議沒有確切的保證不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)。因此, 有必要限制優(yōu)先級(jí)倒置的概率以建立統(tǒng)計(jì)上的端到端的時(shí)延保證。

3.4混合的MAC協(xié)議

混合協(xié)議主要是將多種機(jī)制結(jié)合起來, 以獲取一個(gè)優(yōu)缺點(diǎn)的折衷。比如: 物理層驅(qū)動(dòng)協(xié)議, 混合TDMA-FDMA 的MAC , 以及CAT-MAC 。混合協(xié)議糅合了多種機(jī)制的協(xié)議, 可以在很大程度上滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求, 但是必須注意消除各種機(jī)制的缺點(diǎn)。

通過對(duì)現(xiàn)有MA C 協(xié)議的分析, 我們認(rèn)為可以在分析現(xiàn)有的非碰撞協(xié)議, 對(duì)其性能的提高與其硬件成本的增加進(jìn)行權(quán)衡, 找到一個(gè)平衡點(diǎn), 開發(fā)一種既有較高實(shí)時(shí)性和能量有效性, 又不因?yàn)橛布O(shè)備的附加而增加很多成本的協(xié)議; 改進(jìn)現(xiàn)有的非碰撞協(xié)議, 降低其復(fù)雜度, 以便更易于在傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn); 結(jié)合其他機(jī)制, 提出一種混合的協(xié)議, 以滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的需要。

4 、路由協(xié)議

由于傳感器網(wǎng)絡(luò)具有不同于傳統(tǒng)無線ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn), 因此對(duì)它的路由的研究非常有挑戰(zhàn)性。首先, 由于節(jié)點(diǎn)眾多, 不可能建立一個(gè)全局的地址機(jī)制; 其次, 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有顯著的冗余性, 因此可以利用數(shù)據(jù)聚合來提高能量和帶寬的利用率; 第三, 節(jié)點(diǎn)的能量和處理能力有限, 因此需要精細(xì)的資源管理;最后, 由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁, 需要路由協(xié)議有很好的魯棒性和可擴(kuò)展性。

4.1以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議

這類協(xié)議是建立在對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)的命名和查詢上, 并通過數(shù)據(jù)聚合減少重復(fù)的數(shù)據(jù)傳送。和傳統(tǒng)的基于地址的路由有顯著的差異。以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議主要有SPIN, DD , Rumo r Ro uting , Gr adient-based Rout ing , CADR ,

COU GAR 等。

4.2 分層次的路由協(xié)議

分層次路由協(xié)議的主要思想是讓節(jié)點(diǎn)參與特定的節(jié)點(diǎn)集群( cluster) 內(nèi)的多跳通信, 集群首領(lǐng)再進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合, 減少向sink 節(jié)點(diǎn)傳送的消息數(shù)量, 從而達(dá)到節(jié)省能量和提高可擴(kuò)展性的目的。典型的集群形成是基于節(jié)點(diǎn)的能量儲(chǔ)備及節(jié)點(diǎn)同集群首領(lǐng)的接近程度。分層次的路由協(xié)議主要有: LEACH ,Hierarchica-l PEGASIS, TEEN , EARCSN 等。

4.3基于位置的路由協(xié)議

基于位置的路由協(xié)議利用節(jié)點(diǎn)的位置信息通過把數(shù)據(jù)傳送到指定區(qū)域而不是整個(gè)網(wǎng)絡(luò), 來降低能耗。這方面的協(xié)議主要來源于移動(dòng)Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò),設(shè)計(jì)時(shí)都考慮了節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性。但在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性很少或者根本不移動(dòng)的情況下, 它們也非常適用?；谖恢玫膮f(xié)議有: MECN , GAF , GEAR 等。

4.4基于網(wǎng)絡(luò)流的路由協(xié)議

基于網(wǎng)絡(luò)流的路由協(xié)議的目標(biāo)是: 在實(shí)現(xiàn)路由功能的同時(shí), 考慮端對(duì)端的時(shí)延要求, 滿足一些網(wǎng)絡(luò)QoS 要求。這類路由協(xié)議主要有MLER , MCF , SAR , SPEED 等。

5、傳輸層協(xié)議

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸層協(xié)議主要實(shí)現(xiàn)與Internet 或其它的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)。由于可擴(kuò)展性、以數(shù)據(jù)為中心的路由等特性和能耗、硬件資源的限制等問題, 傳感器節(jié)點(diǎn)無法像Internet 上的服務(wù)器一樣存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù), 而確認(rèn)( ACK) 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的代價(jià)太過于昂貴, 導(dǎo)致TCP 和U DP 無法直接應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上。

第8篇：通信協(xié)議范文

一、電氣監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的概況

作為一種網(wǎng)絡(luò)通用語言，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是指為連接不同操作系統(tǒng)和不同硬件體系結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)引提供的通信支持。其從邏輯上將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行7層劃分，各層都具備路由器、交換機(jī)等相應(yīng)的物理設(shè)備。在電氣監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)IEC60870―5―103、IEC60870―5―104等為主要的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議類型，具體如下：

1、IEC60870―5―103協(xié)議。作為國際電工委員會(huì)制定的繼電保護(hù)設(shè)備信息接口規(guī)范，IEC60870―5―103協(xié)議可在通信前置機(jī)和繼電保護(hù)裝置間的信號(hào)傳輸中充分應(yīng)用。該協(xié)議主要選取主從―對(duì)多的非平衡傳輸方式，主站為通信前置機(jī)，從站為繼電保護(hù)裝置，每秒9600bit為標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率，格式報(bào)文形式主要分為2種：固定幀長報(bào)文、可變幀長報(bào)文。其表述的2類信息傳輸方式為按照相應(yīng)規(guī)定運(yùn)用的服務(wù)數(shù)據(jù)單位與為標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)文傳輸沒有涵蓋的全部可能應(yīng)用過程，或全部可能信息利用通用分類服務(wù)傳輸。

2、IEC60870―5―104協(xié)議。在IEC60870―5―103基礎(chǔ)上，國際電工委員會(huì)為滿足網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸又進(jìn)行了IEC60870―5―104遠(yuǎn)動(dòng)通信協(xié)議的制定。其不僅能夠在集控中心與變電站、調(diào)度端進(jìn)行全面運(yùn)用，還能在變電站內(nèi)的通信網(wǎng)加以合理運(yùn)用。一般選取RFC2200協(xié)議作為該協(xié)議物理層、鏈路層等主要協(xié)議。作為標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議子集，RFC2200可使IEC60870―5―104協(xié)議應(yīng)用于TCP/IP協(xié)議的高帶寬網(wǎng)絡(luò)傳輸。與其他協(xié)議相比，IEC60870―5―104協(xié)議具有良好實(shí)時(shí)性、可靠性等優(yōu)勢，且能夠進(jìn)行大流量數(shù)據(jù)傳輸，為信息擴(kuò)展提供便利。

二、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議在電氣監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

在科技快速發(fā)展的今天，電氣監(jiān)控系統(tǒng)愈加完善，將網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議合理應(yīng)用于電氣監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)提升電氣監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性具有至關(guān)重要的作用，為此，本文以優(yōu)化其應(yīng)用性能為例對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議在電氣監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析與探究。

1、實(shí)時(shí)性優(yōu)化應(yīng)用

電氣監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性提升的方式較多，一般分為2大類：升級(jí)電氣監(jiān)控系統(tǒng)硬件、優(yōu)化軟件算法。根據(jù)工作需求，可通過軟件優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，以此達(dá)到提高電氣監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的目的。

首先，IEC60870―5―103協(xié)議為例分析。光纖接口、EIA RS485接口為IEC60870―5―103協(xié)議電氣的主要接口類型。光纖傳輸具有良好抗干擾能力及較快傳輸速度。在相同變電站或距離較短情況下繼電保護(hù)裝置和監(jiān)控系統(tǒng)的兩種接口傳輸速度基本一致。在通信鏈路拓?fù)浞矫鎯煞N接口一致，基于此，兩種接口具有相同分析方式。本文將EIA RS485接口作為分析研究重點(diǎn)，具體內(nèi)容如下：

作為三線制半雙工接口，EIA RS485接口在同一時(shí)間點(diǎn)上只能接收、發(fā)送信號(hào)，但不能同時(shí)進(jìn)行接收、發(fā)送操作。一般選取圖1作為通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通信權(quán)可由EIA RS485總線上并聯(lián)的3個(gè)繼電保護(hù)裝置依次取得，依次將數(shù)據(jù)傳送給通信前置機(jī)。繼電保護(hù)裝置數(shù)據(jù)向通信前置機(jī)傳送的快慢，由通信權(quán)時(shí)間間隔的長短加以確定。但電氣出現(xiàn)大面積故障的情況下，繼電保護(hù)裝置極易出現(xiàn)大量變位信號(hào)。如一個(gè)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行5個(gè)遙信信號(hào)上傳，完成此5個(gè)變位遙信信號(hào)傳輸需20幀以上報(bào)文。

其次，IEC60870―5―104協(xié)議為例分析。以太網(wǎng)傳輸為IEC60870―5―104協(xié)議的主要形式，平衡傳輸全雙工接口為以太網(wǎng)RJ45接口類型。對(duì)該協(xié)議實(shí)時(shí)性造成影響的主要因素包含2點(diǎn)，第一以太網(wǎng)的傳輸性能，對(duì)其起決定作用的因素為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及以太網(wǎng)帶寬；第二，該協(xié)議報(bào)文信號(hào)攜帶效率。根據(jù)筆者工作性質(zhì)，為提升電氣監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議性能，本文以優(yōu)化提升IEC60870―5―104協(xié)議報(bào)文信號(hào)攜帶效率為主進(jìn)行分析。本協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)以I格式幀為主。該協(xié)議規(guī)定ASDU（一個(gè)）在249字節(jié)以下，可進(jìn)行一個(gè)火一組信號(hào)傳輸。應(yīng)用于現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的IEC60870―5―104協(xié)議，I格式幀（一個(gè)）旺旺只進(jìn)行一個(gè)變位遙信信號(hào)傳輸。為提高信號(hào)傳輸信號(hào)，需對(duì)I格式幀長度進(jìn)行有效增加。

2、可靠性優(yōu)化應(yīng)用

利用通信前置機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)等設(shè)備的冗余配置及通信網(wǎng)絡(luò)冗余配置可實(shí)現(xiàn)電氣監(jiān)控系統(tǒng)可靠性。在具體應(yīng)用中，硬件即便冗余配置，但卻存在冗余設(shè)備無擾無縫切換等問題。為達(dá)到網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議優(yōu)化運(yùn)用，需提升通信前置機(jī)冗余切換、通信網(wǎng)絡(luò)冗余切換的可靠性，進(jìn)而達(dá)到電氣監(jiān)控系統(tǒng)可靠性提升的目的。

（1）將EIA RS485接口應(yīng)用于IEC60870―5―103協(xié)議時(shí)，EIA RS485接口一個(gè)的情況下主機(jī)只能有一臺(tái)，也就是說EIA RS485接口一個(gè)情況下2臺(tái)通信前置機(jī)無法利用該接口將報(bào)文發(fā)送給一臺(tái)繼電保護(hù)裝置。為對(duì)該協(xié)議傳輸可靠性進(jìn)行有效提升，需并接2臺(tái)通信前置機(jī)的全部EIA RS485接口。要求位于工作狀態(tài)的通信前置機(jī)為1臺(tái)，位于熱備狀態(tài)的通信前置機(jī)為1臺(tái)。如工作狀態(tài)前置機(jī)內(nèi)隨意一個(gè)EIA RS485接口通信中斷被熱備狀態(tài)通信前置機(jī)檢測出來后，熱備狀態(tài)前置機(jī)可將此EIA RS485接口主機(jī)地位占據(jù)，利用此EIA RS485接口將報(bào)文發(fā)送給繼電保護(hù)裝置。該情況下，工作狀態(tài)通信前置機(jī)需將此EIA RS485接口主機(jī)地位拋棄，進(jìn)而達(dá)到IEC60870―5―103協(xié)議雙機(jī)熱備接口切換。

（2）通信前置機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與以太網(wǎng)冗余配置為現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分。冗余配置可對(duì)信號(hào)傳輸可靠性有效提升。但現(xiàn)階段最常見的雙機(jī)雙網(wǎng)切換機(jī)制為“硬切換”，也就是說一般情況下冗余的2臺(tái)通信前置機(jī)內(nèi)利用冗余通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一條與運(yùn)動(dòng)機(jī)或服務(wù)器進(jìn)行通信的只有一臺(tái)。如前置機(jī)正常運(yùn)行時(shí)如出現(xiàn)故障或通信網(wǎng)絡(luò)中斷，可向冗余的另一臺(tái)通信前置機(jī)進(jìn)行通信切換。但其存有諸多問題，如只能利用通信前置機(jī)內(nèi)部軟件對(duì)通信前置機(jī)切換、通信網(wǎng)絡(luò)切換進(jìn)行判斷，通信在切換過程中為中斷情況，不能實(shí)現(xiàn)無擾連續(xù)切換。

在IEC60870―5―104協(xié)議內(nèi)對(duì)冗余通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)如何應(yīng)用沒有進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定。如選取并行冗余協(xié)議，可將鏈路冗余體增設(shè)到各設(shè)備內(nèi)部，以此實(shí)施冗余網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)處理。但該功能在傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)并不具備，如選取該并行冗余協(xié)議，需進(jìn)行現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備重新設(shè)計(jì)。在對(duì)現(xiàn)有設(shè)備不改動(dòng)的情況下，應(yīng)適當(dāng)修改現(xiàn)有協(xié)議通信方式，進(jìn)而達(dá)到冗余網(wǎng)絡(luò)并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/p>

第9篇：通信協(xié)議范文

關(guān)鍵詞：寬帶網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng) TL1通信協(xié)議 VxWorks

0 引言

ISDN、xDSL、Cable、光纖等技術(shù)的出現(xiàn)，必將最終把人們帶入全新的數(shù)字寬帶上網(wǎng)時(shí)代。而在這眾多的寬帶技術(shù)中，xDSL正為越來越多的人所關(guān)注。xDSL(數(shù)字用戶線)是目前國際上最流行的寬帶接入技術(shù)，DSL技術(shù)主要分為對(duì)稱和非對(duì)稱兩大類。xDSL中“x”代表著不同種類的數(shù)字用戶線路技術(shù)。其中，ADSL的建設(shè)己經(jīng)成為寬帶接入的主流模式。它利用現(xiàn)有的雙絞銅線能夠滿足用戶寬帶接入通信業(yè)務(wù)需求，是實(shí)現(xiàn)寬帶上網(wǎng)和網(wǎng)上高速?zèng)_浪的理想選擇。

隨著ADSL用戶規(guī)模的急劇膨脹，現(xiàn)有的ADSL業(yè)務(wù)維護(hù)流程給實(shí)際工作帶來了效率低、滿意度差等問題，嚴(yán)重制約和阻礙了中國ADSL業(yè)務(wù)的高速增長。同時(shí)，用戶對(duì)通信業(yè)務(wù)的質(zhì)量要求越來越高，對(duì)于故障解決的及時(shí)性和有效性要求也越來越高。如何定位用戶側(cè)故障、線路故障和網(wǎng)絡(luò)側(cè)故障，如何快速解決故障，這些都成為DSL發(fā)展的新需求。目前，國內(nèi)關(guān)于xDSL測試系統(tǒng)的研究和應(yīng)用正處于啟動(dòng)期，無論國內(nèi)廠商還是國外廠商在中國都沒有投入應(yīng)用的實(shí)例。本文基于xDSL寬帶網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)，主要討論TL1通信協(xié)議模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。

1 ADSL寬帶網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本節(jié)簡單介紹整個(gè)系統(tǒng)軟件總體的總體目標(biāo)及軟件模塊的劃分，以及各模塊的目標(biāo)及完成的功能以及各模塊之間的關(guān)系。并說明測試服務(wù)器與DSLAM網(wǎng)管接口、與112系統(tǒng)接口、與97資源數(shù)據(jù)庫接口。

1.1 軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

1.1.1 客戶端軟件 ①測試服務(wù)器測試命令呈現(xiàn)界面(包括文本、圖形、報(bào)表顯示)；同時(shí)匯總?cè)請?bào)、周報(bào)、月報(bào)數(shù)據(jù)。②對(duì)ATP設(shè)備自身的管理界面(包括對(duì)設(shè)備的配置管理、故障管理、性能管理、拓?fù)涔芾淼?，相當(dāng)于設(shè)備層面的EMS。③對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的管理界面(包括用戶管理、白志管理、權(quán)限管理、用戶自定義設(shè)置)。

1.1.2 服務(wù)器軟件 ①相對(duì)于界面的后臺(tái)處理模塊，包括對(duì)測試命令的發(fā)送、解析(使用TL1協(xié)議)；對(duì)前臺(tái)界面的相應(yīng)處理。②提供與其他系統(tǒng)的API接口(包括112網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的接口；DSLAM設(shè)備網(wǎng)管的通信協(xié)議)。③支持ATP設(shè)備多級(jí)組網(wǎng)的要求。④支持多協(xié)議，如TL1，SNMP協(xié)議。

1.1.3 112網(wǎng)關(guān)軟件 ①112網(wǎng)關(guān)軟件提供和運(yùn)營商112系統(tǒng)的接口，解析112接口協(xié)議格式。②112網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)提供脫機(jī)存儲(chǔ)功能。

1.1.4 設(shè)備層通信軟件 ①在設(shè)備層提供TL1協(xié)議的接口，完成客戶端與測試探頭的通信，接收測試任務(wù)，發(fā)送測試任務(wù)，傳送設(shè)備處理后的相應(yīng)數(shù)據(jù)。②支持被動(dòng)測試和相關(guān)告警信息的主動(dòng)上傳。被動(dòng)測試返回結(jié)果打包成TL1響應(yīng)消息格式，主動(dòng)上傳的消息打包成TL1自治消息格式，發(fā)送給客戶端，以便客戶端進(jìn)行識(shí)別。

2.2 測試服務(wù)器 測試服務(wù)器完成規(guī)范定義的測試工作，并完成對(duì)設(shè)備的管理層面的管理，采用J2EE的解決方案，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)跨平臺(tái)的處理方式。測試服務(wù)器主要包括ATP測試功能、ATP自維護(hù)功能、與DSLAM網(wǎng)管接口、與112系統(tǒng)接口、與97資源數(shù)據(jù)庫接口。

測試服務(wù)器與DSLAM網(wǎng)管接口，DRAM設(shè)備和ADSL測試設(shè)備之間需要提供測試總線和測試通信接口，當(dāng)需要對(duì)某一用戶進(jìn)行測試時(shí)，先將該用戶端口的內(nèi)側(cè)或外側(cè)切換到測試總線上，然后通過測試通信接口發(fā)命令給測試設(shè)備啟動(dòng)相關(guān)測試，并把測試結(jié)果返回給DSLAM設(shè)備，測試完畢后釋放端口與測試總線的連接。

測試服務(wù)器與112系統(tǒng)接口，ADSL測試服務(wù)器可以位于ADSL網(wǎng)管之外，測試服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)與測試設(shè)備連接。ADSL網(wǎng)管和ADSL測試服務(wù)器分別和112連接，前者實(shí)現(xiàn)用戶端口查詢功能，后者實(shí)現(xiàn)測試設(shè)備測試功能。ADSL網(wǎng)管和112系統(tǒng)的接口是為了把ADSL障礙測試融合到112系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)ADSL障礙的集中受理、集中測試、集中派修和集中管理。當(dāng)112系統(tǒng)受理到ADSL用戶報(bào)障后，112系統(tǒng)根據(jù)ADSL線路所在的位置〔局向、機(jī)框號(hào)、槽位、端口號(hào))和需要做的測試命令發(fā)給ADSL網(wǎng)管，ADSL網(wǎng)管收到測試命令后，對(duì)相應(yīng)端口進(jìn)行測試，然后把測試結(jié)果返回到112系統(tǒng)。

測試服務(wù)器與97資源數(shù)據(jù)接口，應(yīng)用服務(wù)器系統(tǒng)是從電信97工程的數(shù)據(jù)庫(97數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù))中通過API接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提取97數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)資源數(shù)據(jù)，例如:局、交換機(jī)、主配線架、交接箱、分線盒，端子、號(hào)碼等信息。

3 基于VxWorks的TL1通信協(xié)議模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 TL1通信協(xié)議模塊在測試系統(tǒng)中的作用 對(duì)于被動(dòng)測試任務(wù)，上位機(jī)下發(fā)測試任務(wù)即TL1測試輸入命令，TL1通信協(xié)議模塊(TLIAgent)接收到測試任務(wù)后，對(duì)相應(yīng)的TL1輸入命令進(jìn)行解析，如果解析后判斷是系統(tǒng)的測試任務(wù)參數(shù)或側(cè)試功能，則將相應(yīng)的功能參數(shù)設(shè)定和測試任務(wù)發(fā)送給ATP，如不是系統(tǒng)的測試任務(wù)或下發(fā)功能參數(shù)錯(cuò)誤將錯(cuò)誤的消息對(duì)應(yīng)的響應(yīng)消息格式化并上報(bào)給上位機(jī)告知錯(cuò)誤的命令，ATP探頭接到測試任務(wù)后進(jìn)行測試及數(shù)據(jù)采集，將測試結(jié)果返回給TLIAgent，主要通過結(jié)構(gòu)體定義數(shù)據(jù)的格式，如測試成功TL1Agent根據(jù)TL1通信協(xié)議將測得的數(shù)據(jù)結(jié)果打包成TLI通信協(xié)議響應(yīng)格式，發(fā)給上位機(jī)，如測試失敗TLIAgent上報(bào)測試失敗，在客戶端顯示對(duì)應(yīng)的測試結(jié)果，和相應(yīng)的表格和波形，此項(xiàng)測試任務(wù)完成。

對(duì)于自治消息，下位機(jī)在進(jìn)行測試時(shí)不斷檢查系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)，如風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，設(shè)備溫度等狀態(tài)，如出現(xiàn)異常，則將異常狀態(tài)通過TL1Agent上報(bào)(函數(shù)調(diào)用)，TL1Agent將自治消息放入自治消息隊(duì)列，并發(fā)送給上位機(jī)，完成自治消息的上報(bào)。TLI協(xié)議用于承載由外接測試設(shè)備或內(nèi)置測試板測試的內(nèi)容，包括下發(fā)測試命令、測試模塊的復(fù)位等，該協(xié)議內(nèi)容可隨測試內(nèi)容而擴(kuò)充更新。

此模塊在設(shè)備層提供TLI協(xié)議接口，是上位機(jī)和測試探頭之間的橋梁。不僅能夠配合完成被動(dòng)測試任務(wù)，還能夠配合完成生產(chǎn)管理信息，自動(dòng)上報(bào)告警信息，設(shè)備管理等功能。

3.2 TL1通信協(xié)議模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 整個(gè)模塊采用實(shí)時(shí)多任務(wù)的設(shè)計(jì)方法。對(duì)于任務(wù)之間的通信，在VxWorks中，因?yàn)檎麄€(gè)操作系統(tǒng)使用一個(gè)地址空間，所以沒必要對(duì)于進(jìn)程之間的通信使用的信號(hào)量和消息隊(duì)列有一個(gè)全局的名字。信號(hào)量允許多個(gè)任務(wù)相互協(xié)調(diào)其活動(dòng)，任務(wù)間最直接的通信方式是共享各式各樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于VxWorks中所有任務(wù)存在于一個(gè)單一的線性地址空間，共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常容易。在共享地址空間簡化數(shù)據(jù)交換的同時(shí)，需要保證這塊內(nèi)存的互斥訪問，VxWorks提供了許多實(shí)現(xiàn)共享臨界區(qū)互斥訪問的機(jī)制，信號(hào)量就是其中的一種。本模塊使用二進(jìn)制信號(hào)量，用于互斥臨界區(qū)的訪問和任務(wù)之間的同步。

二進(jìn)制信號(hào)量可以作為資源可用于不可用的標(biāo)志，當(dāng)任務(wù)取一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)量時(shí)要調(diào)用semTake()，結(jié)果取決于調(diào)用時(shí)該二進(jìn)制是否可用。如果可用，信號(hào)量將變得不可用，而任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行，如果信號(hào)量不可用，任務(wù)被掛起到任務(wù)阻塞隊(duì)列，直到該信號(hào)量可用。

當(dāng)任務(wù)釋放一個(gè)信號(hào)量時(shí)要調(diào)用semGive()，結(jié)果也要依賴于調(diào)用時(shí)該信號(hào)量是否可用。如果可用，本次釋放信號(hào)量不起任何作用，如果信號(hào)量不可用，并且沒有在等待該信號(hào)量，那么信號(hào)量變?yōu)榭捎?；如果信?hào)量不可用，并且有一個(gè)或多個(gè)任務(wù)在等待該信號(hào)量，那么阻塞隊(duì)列中的第一個(gè)任務(wù)解除阻塞，而信號(hào)量仍不可用。

本模塊中各任務(wù)在設(shè)定優(yōu)先級(jí)時(shí)都設(shè)為相同的優(yōu)先級(jí)，每個(gè)任務(wù)在處理一條測試命令后將調(diào)用taskDelay() 函數(shù)，延時(shí)操作提供一個(gè)簡單的任務(wù)睡眠機(jī)制。taskDelayO用來移動(dòng)調(diào)用任務(wù)到相同優(yōu)先級(jí)就緒隊(duì)列的尾部。在本模塊中，通過調(diào)用taskDelay()自動(dòng)將CPU讓給系統(tǒng)中同優(yōu)先級(jí)的其他任務(wù)來進(jìn)行處理消息，在嵌入式軟件中，除系統(tǒng)任務(wù)外，TL1通信協(xié)議的各任務(wù)優(yōu)先級(jí)是最高的。

主控函數(shù)，將初始化參數(shù)。傳輸層協(xié)議TCP封裝，全局變量的初始化、各功能參數(shù)設(shè)定命令、測試命令的監(jiān)聽、隊(duì)列、消息處理函數(shù)的各任務(wù)的創(chuàng)建；每個(gè)任務(wù)也就是一個(gè)線程，每個(gè)線程都被編制成無限循環(huán)的程序，等待特定的輸入，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。

對(duì)于TL1消息處理，在系統(tǒng)要進(jìn)行測試任務(wù)之前，啟動(dòng)嵌入式軟件，主控函數(shù)運(yùn)行后，處理連接請求線程TL1ServerSession首先要處理來自上位機(jī)的連接請求，連接后，然后由TL1AsynClientSession線程從上位機(jī)的讀取TL1輸入消息，將獲得的輸入消息放入接收隊(duì)列，定義最大線程數(shù)為5，由線程調(diào)度進(jìn)行判斷線程池，根據(jù)狀態(tài)來判斷將要進(jìn)行的調(diào)度，是創(chuàng)建消息處理線程還是喚醒消息處理線程，由消息解析處理線程AsynTLlMessageHandler對(duì)輸入命令進(jìn)行解析，解析后的消息出隊(duì)列等待消息的發(fā)送，對(duì)輸入命令進(jìn)行解析，通過函數(shù)調(diào)用進(jìn)行測試命令的下發(fā)，返回測試數(shù)據(jù)，將返回的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行TL1消息格式化處理，得到響應(yīng)消息放入發(fā)送隊(duì)列，等待出隊(duì)列進(jìn)行消息的發(fā)送即將響應(yīng)消息返回上位機(jī):TL1消息處理流程流程圖

整個(gè)系統(tǒng)軟件劃分好模塊后，考慮TL1通信協(xié)議模塊與其它模塊之間的接口，本模塊對(duì)其它模塊有兩個(gè)接口，一個(gè)是與上位機(jī)(后臺(tái)處理模塊)之間的接口，另一個(gè)接口是與硬件驅(qū)動(dòng)程序之間的接口。

與上位機(jī)之間的接口用套接口socket通信進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，流套接口提供了雙向的、有序的、無重復(fù)并且無數(shù)據(jù)邊界的數(shù)據(jù)流服務(wù)。套接口實(shí)現(xiàn)客戶端的連接，消息的讀取與發(fā)送消息。與硬件驅(qū)動(dòng)程序之間的接口進(jìn)行下發(fā)測試任務(wù)和讀取測試后的數(shù)據(jù)，用函數(shù)調(diào)用進(jìn)行下發(fā)測試任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，如果測試成功，對(duì)數(shù)據(jù)的讀取是通過對(duì)于本測試任務(wù)的一個(gè)全局變量來讀取，通過Sprintf函數(shù)對(duì)測試后的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化，如果測試失敗，沒有測試后的數(shù)據(jù)的打包過程，直接進(jìn)行響應(yīng)消息的格式化；如果在測試過程中有異常情況要上報(bào)時(shí)是被調(diào)用的關(guān)系，一樣也使用函數(shù)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)，下位機(jī)在不斷的檢查設(shè)備的狀態(tài)，如果一旦發(fā)現(xiàn)異常就調(diào)用此模塊的自治消息函數(shù)，上報(bào)異常情況，TLIAgent接到異常消息，通過自治消息通道將消息發(fā)給客戶端。模塊之間的接口如圖3所示。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)TL1通信協(xié)議模塊是基于VxWorks的多任務(wù)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性都非常好。目前該ADSL寬帶網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)己通過多個(gè)城市電信組織的測試，達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和性能指標(biāo)。該系統(tǒng)不僅提供中國電信規(guī)定的公有接口，還自己定義了一套私有接口，有利于系統(tǒng)的功能的擴(kuò)充。目前系統(tǒng)軟件雖然完成了功能，也達(dá)到了預(yù)期的響應(yīng)測試速度，但有一些設(shè)計(jì)上存在一些缺陷，如系統(tǒng)的時(shí)鐘，并不是由MPC860系統(tǒng)時(shí)鐘來進(jìn)行控制的，而是在開發(fā)的過程中發(fā)現(xiàn)問題后改正的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)硬件平臺(tái)MPC860已經(jīng)開發(fā)完，無法進(jìn)行改進(jìn)，只能由軟件來自己定義一個(gè)時(shí)鐘，對(duì)于嵌入式軟件模塊如果有需要系統(tǒng)時(shí)間的就要通過函數(shù)調(diào)用來完成，這樣的顯示的時(shí)間未必很準(zhǔn)確，會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。此外，雖然在開發(fā)之前已經(jīng)進(jìn)行過需求分析，但在開發(fā)的過程中發(fā)現(xiàn)有些需求并不是很明確，影響到開發(fā)的進(jìn)度，這在以后的產(chǎn)品的研發(fā)過程中要盡量的避免。

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